鍋爐高低溫腐蝕、垢下腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕的機理和區(qū)別及控制措施

摘要：本文就鍋爐露點腐蝕、垢下腐蝕、縫隙腐蝕、孔蝕、應(yīng)力腐蝕、點蝕等鍋爐各種常見的腐蝕形式，說明了其腐蝕機理，并針對性提出解決方法和具體案例，以供鍋爐用戶設(shè)備管理者及專業(yè)人士參考。

關(guān)鍵詞：空氣預(yù)熱器露點腐蝕；省煤器腐蝕；收塵器腐蝕；煙道腐蝕；鍋爐垢下腐蝕；換熱器縫隙腐蝕；鍋爐低溫腐蝕；鍋爐應(yīng)力腐蝕；縫隙腐蝕

一、鍋爐露點腐蝕

鍋爐煙氣中的酸性氣體（SO?、HCl、CO?、SO?、NOX等）與水蒸氣一起凝結(jié)下來對鍋爐系統(tǒng)設(shè)備造成的酸液腐蝕就是鍋爐露點腐蝕。

露點腐蝕產(chǎn)物與積灰結(jié)合會加劇堵塞，影響傳熱并增加煙氣流動阻力，露點腐蝕的危害還包括受熱面壁厚減薄、泄漏、積灰堵塞以及造成鍋爐整體熱效率下降。鍋爐露點腐蝕通常發(fā)生在鍋爐煙氣流經(jīng)的設(shè)備，常見的有空氣預(yù)熱器露點腐蝕、省煤器露點腐蝕、收塵器露點腐蝕、對流段冷進(jìn)料露點腐蝕、爐壁露點腐蝕、煙道露點腐蝕等等。

鍋爐露點腐蝕分為常見的低溫露點腐蝕（＜80℃）和不常見高溫露點腐蝕（大于80℃），常見的低溫露點腐蝕容易理解，下面主要就鍋爐煙氣高溫露點酸水凝結(jié)機理做一下介紹。

圖1被露點腐蝕的鍋爐省煤器管，看到那個露點腐蝕穿孔了嗎？

1、鍋爐露點腐蝕特點

鍋爐露點腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，其表現(xiàn)形式包括均勻腐蝕、點腐蝕、應(yīng)力腐蝕裂紋、氫誘導(dǎo)開裂等。隨溫度逐漸降低，冷凝酸濃度由低到高直至足量。鍋爐露點腐蝕速率隨溫度和酸濃度呈現(xiàn)低-高-低的變化。

2、鍋爐煙氣高溫露點腐蝕酸水凝結(jié)機理

煤、天然氣、油等燃料中的雜質(zhì)，包括氯化物、硫化物、氮化物、重金屬(釩)等，燃料中的硫分燃燒生成二氧化硫（S+O?→SO?），二氧化硫在鍋爐催化劑V?O?的作用下進(jìn)一步氧化生成三氧化硫（2SO?+O?→2SO?），SO?與煙氣中的水蒸汽生成硫酸蒸汽（SO?+H?O→H?SO?）。

由于硫酸蒸汽的存在，使鍋爐煙氣的露點溫度顯著升高。例如，當(dāng)鍋爐煙氣中的水蒸氣分壓力大約為0.008-0.014Mpa時，相對應(yīng)的水汽熱力學(xué)露點應(yīng)為41-52℃之間；然而，當(dāng)煙氣中的硫酸蒸氣濃度達(dá)到10%左右時，煙氣露點溫度隨即升高至190℃，溫度變化顯著，這就是說，當(dāng)此煙氣低于190℃時硫酸液膜形成就開始發(fā)生酸液凝結(jié)腐蝕了。

3、鍋爐高溫露點腐蝕因素分析

設(shè)備壁溫常低于煙氣露點。設(shè)備壁溫常低于煙氣露點，硫酸蒸汽就會凝結(jié)在空預(yù)器等鍋爐設(shè)備受熱面上，造成酸液腐蝕，且高溫下的硫酸腐蝕速度要比常溫下成幾何倍數(shù)增長。

高溫露點腐蝕速率與煙氣溫度、流速，以及影響設(shè)備壁溫的設(shè)備內(nèi)工質(zhì)的溫度和流速有關(guān)。尤其是空氣預(yù)熱器等設(shè)備內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)入端溫度較低，而預(yù)熱器等設(shè)備的煙氣出氣端溫度不高的工況下，空預(yù)器等設(shè)備的壁溫常低于煙氣露點。

當(dāng)燃料含硫量較高時，高溫露點腐蝕發(fā)生在空氣預(yù)熱器上，如果此時空氣過量系數(shù)較大，煙氣中氧含量增加促進(jìn)SO?轉(zhuǎn)化為SO?，導(dǎo)致煙氣中SO?含量較高，露點溫度會非常高。當(dāng)燃料含硫量較高時，高溫露點腐蝕發(fā)生在省煤器上，如果此時給水溫度較低時或者高壓給水加熱器停用，省煤器管同樣也會發(fā)生整體的高溫露點腐蝕。

鍋爐高溫露點腐蝕速率與硫酸濃度密切相關(guān)，在硫酸濃度40%-50%時最為劇烈，且隨壁溫降低先升高后下降，最大露點腐蝕速率通常發(fā)生在設(shè)備壁溫比露點低20-45℃的區(qū)間。

圖2更換拆卸下來的被露點腐蝕報廢的鍋爐省煤器管

4、鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制的12項措施

鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制措施通常需要綜合考慮技術(shù)與實際工況要求和經(jīng)濟性。

鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制的措施1：采用清潔燃料。減少燃料中的雜質(zhì)，包括氯化物、硫化物、氮化物、重金屬(釩)等，減少硫酸蒸汽及其它的酸酐來源。

鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制的措施2：燃料充分燃燒。

鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制的措施3：低空氣過剩系數(shù)。

鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制的措施4：提高進(jìn)料溫度使管壁溫度在露點溫度之上。例如，一般露點溫度當(dāng)燃料含硫大于2%取150℃，管內(nèi)介質(zhì)溫度取135℃，面積足夠的情況下煙氣溫度220℃。

鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制的措施5：提高設(shè)備殼體壁溫。

鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制的措施6：采用耐腐蝕材料。例如，鎳基合金C-276，C-22；ND鋼，含銅和鉻合金。

鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制的措施7：煙氣中和添加劑。在煙氣中加入添加劑中和HCl、CO?、SO?、SO?、NOX等，阻止酸蒸汽的產(chǎn)生。

鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制的措施8：爐壁用涂料保護。例如，爐壁噴涂鎳基合金﹢陶瓷復(fù)合涂層、搪瓷、高溫涂料、氟橡膠、噴不銹鋼+涂料封閉、鍋爐四管噴涂合金+陶瓷復(fù)合涂層等。

鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制的措施9：加強保溫或提高壁溫。例如，通過熱風(fēng)再循環(huán)、暖風(fēng)器或提高排煙溫度；在很多化工廠發(fā)現(xiàn)設(shè)備及管道存在露點腐蝕之后，通過增加伴熱的方式來提高設(shè)備及管道的本體溫度來防止露點腐蝕的發(fā)生。

鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制的措施10：爐隔熱襯里采用致密材料，防止煙氣竄透。

鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制的措施11：運行時防止設(shè)備局部過冷，注意煙氣通量變化，防止因為局部阻擋障礙煙氣流向流量降低設(shè)備壁溫。

鍋爐露點腐蝕預(yù)防和控制的措施12：設(shè)計時防止局部過冷，在必要時采用耐腐蝕材料，提前預(yù)防解決問題。比如：蒸餾裝置常壓塔頂三層塔盤用MONEL合金，頂封頭襯MONEL鋼板，冷凝器管用MONEL或鈦材料。

各位同學(xué)，各位同行，你們單位鍋爐有無發(fā)生空氣預(yù)熱器露點腐蝕、省煤器腐蝕；收塵器腐蝕、煙道腐蝕、鍋爐垢下腐蝕、換熱器縫隙腐蝕、鍋爐應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕情況？鍋爐及蒸汽冷凝水系統(tǒng)管網(wǎng)有無發(fā)生過腐蝕結(jié)垢穿孔泄漏的情況？鍋爐結(jié)垢是停爐清洗還是不停爐運行中清洗，清洗效果如何？鍋爐排污率及鍋爐能耗大不大？關(guān)于鍋爐腐蝕結(jié)垢爆管、蒸汽冷凝水鐵超標(biāo)、鍋水發(fā)紅、鍋水發(fā)黑、蒸汽凝結(jié)水顏色發(fā)黃、凝水紅褐色、鍋爐結(jié)垢不停爐不停工在線除垢技術(shù)、凝汽器結(jié)垢不停機不停工不停車在線清洗除垢技術(shù)等問題，北京化工大學(xué)顏輝I86OO475З86隨時歡迎各位同仁分享鍋爐設(shè)備管理使用經(jīng)驗，隨時歡迎各位同仁討論問題交流經(jīng)驗心得，就解決鍋爐各種實際問題相互學(xué)習(xí)。鍋爐露點腐蝕、垢下腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕的機理和區(qū)別及控制措施

二、鍋爐垢下腐蝕

鍋爐垢下腐蝕依據(jù)腐蝕機理可分為水側(cè)垢下腐蝕和煙氣側(cè)垢下腐蝕，鍋爐煙氣側(cè)垢下腐蝕下次再講，今天先講講常見的鍋爐水側(cè)垢下腐蝕，以下都稱為鍋爐垢下腐蝕。

垢下腐蝕是鍋爐金屬表面因水垢或沉積水渣覆蓋導(dǎo)致局部區(qū)域pH值異常引發(fā)的腐蝕現(xiàn)象，垢下腐蝕可分為堿性腐蝕、酸性腐蝕、以及腐蝕性氣體（氧與二氧化碳）腐蝕3種類型。

1、鍋爐垢下腐蝕有2個危害

危害一，垢下腐蝕產(chǎn)物氧化鐵垢包括四氧化三鐵Fe?O?、三氧化二鐵Fe?O?，氧化鐵垢傳熱速率低，只有碳鋼三百分之一左右，不僅會降低鍋爐熱效率，鍋爐受熱面大量氧化鐵垢堆積加厚，還會導(dǎo)致氧化鐵垢堆積局部過溫干燒蠕漲，局部強度下降導(dǎo)致爆管。

危害二，但凡鍋爐內(nèi)壁結(jié)垢引起爆管，將管子割下清除水垢后，就會發(fā)現(xiàn)凡是有垢的地方，均出現(xiàn)因腐蝕形成的不規(guī)則凹坑，這就是垢下腐蝕坑，隨著時間延長垢下腐蝕坑不斷加大加深，遲早會發(fā)生穿孔泄漏甚至爆管。

2、鍋爐垢下腐蝕形成需2個必要條件

條件一，金屬表面存在沉積物覆蓋層、沉積物下方發(fā)生鍋水局部環(huán)境濃縮。當(dāng)鍋爐管壁或冷卻系統(tǒng)金屬表面形成水垢或水渣時，沉積物的熱阻效應(yīng)導(dǎo)致局部溫度升高，促使垢下液體蒸發(fā)濃縮并與主體溶液隔絕。這種濃縮使雜質(zhì)離子濃度顯著升高，形成具有高電導(dǎo)率的腐蝕介質(zhì)層。

條件二、沉積物覆蓋區(qū)域因物質(zhì)傳輸受阻形成缺氧微區(qū)，與非覆蓋區(qū)形成氧濃差極化電池。缺氧區(qū)成為陽極發(fā)生金屬溶解反應(yīng)（Fe→Fe2?+2e?），富氧區(qū)則為陰極（O?+2H?O+4e?→4OH?），由此產(chǎn)生的電位差驅(qū)動電化學(xué)腐蝕進(jìn)程。隨著反應(yīng)持續(xù)，陽極區(qū)pH值因氫氧根消耗逐漸降低，加劇局部酸性環(huán)境并引發(fā)析氫腐蝕。

3、鍋爐垢下堿性腐蝕機理

當(dāng)水垢或沉積物下鍋水發(fā)生局部環(huán)境濃縮，垢下局部環(huán)境鍋水pH值上升，當(dāng)垢下局部濃縮鍋水pH值＞13且含游離氫氧化鈉時，F(xiàn)e?O?保護膜溶解引發(fā)堿性腐蝕（反應(yīng)式：Fe?O?+4NaOH→2FeO??+Fe(OH)?+2H?O），暴露的基體金屬與氫氧化物直接反應(yīng)產(chǎn)生蜂窩狀腐蝕坑。腐蝕產(chǎn)物主要為FeO?2?和Fe(OH)?，其疏松結(jié)構(gòu)無法形成有效保護層。

4、鍋爐垢下酸性腐蝕機理

當(dāng)水垢或沉積物下含氯化鎂、氯化鈣時，水垢局部環(huán)境水解反應(yīng)生成鹽酸（MgCl?+2H?O→Mg(OH)?↓+2HCl），水垢局部環(huán)境pH值下降至4-6區(qū)間引發(fā)鋼材快速腐蝕。此時水垢局部環(huán)境金屬表面發(fā)生析氫反應(yīng)（Fe+2HCl→FeCl?+H?↑），腐蝕產(chǎn)物以可溶性氯化亞鐵為主。

5、鍋爐垢下腐蝕性氣體（氧與二氧化碳）腐蝕機理

當(dāng)鍋爐水中溶解氧與二氧化碳共存時，氧與二氧化碳仍會通過協(xié)同作用降低水垢局部環(huán)境pH值并破壞鈍化膜造成垢下腐蝕。

6、鍋爐垢下腐蝕預(yù)防和控制的4項措施

鍋爐垢下腐蝕預(yù)防和控制措施1：水質(zhì)控制。通過磷酸三鈉處理將鈣鎂離子轉(zhuǎn)化為非粘接性水渣，維持磷酸根濃度以抑制結(jié)垢。

鍋爐垢下腐蝕預(yù)防和控制措施2：物理清除。采用定期排污、過熱器反沖洗技術(shù)清除已有沉積物，分段蒸發(fā)技術(shù)可分離高/低含鹽量區(qū)域以降低腐蝕風(fēng)險。

鍋爐垢下腐蝕預(yù)防和控制措施3：pH值調(diào)節(jié)。鍋爐水pH值控制在10-12區(qū)間，避免游離氫氧化鈉超標(biāo)；冷卻水系統(tǒng)維持pH 8-9.5以促進(jìn)鈍化膜生成 。

鍋爐垢下腐蝕預(yù)防和控制措施4：在鍋爐給水中投加BF除垢防腐劑替代磷酸三鈉，BF除垢防腐劑不僅具有阻垢效能，而且還具有螯合效能，藥劑能將鍋爐系統(tǒng)內(nèi)存量老垢螯合下來，分散在路中隨鍋爐排污排出，在鍋爐整個運行期間保障并維持鍋爐高熱效率狀態(tài)。不停爐在線除垢從源頭解決鍋爐垢下腐蝕問題，具體請自行搜索《鍋爐結(jié)垢不停爐在線除垢清洗新技術(shù)——解決鍋爐結(jié)垢熱效率低問題》或者聯(lián)系顏工。

7、四氧化三鐵垢下腐蝕導(dǎo)致爐管局部過溫干燒蠕漲強度下降發(fā)生爆管案例

某廠新安裝的20噸蒸汽鍋爐，蒸汽冷凝水采取閉式回收，回用鍋爐給水為回用的蒸汽冷凝水和反滲透除鹽水，鍋爐給水使用熱力除氧，磷酸三鈉阻垢。2025年10月，運行約12個月的鍋爐系統(tǒng)腐蝕，凝水鐵離子超標(biāo)，鍋水顏色發(fā)黑，爐管爆管（見下圖3）。

圖3某廠新安裝的20噸蒸汽鍋爐爆管處切割下來的爐管

從某廠新安裝的20噸蒸汽鍋爐爆管處切割爐管內(nèi)壁表面可以看到，爆管處爐管內(nèi)壁表面覆蓋著2-3mm厚的黑色水垢（見上圖3），用磁鐵靠近扣下來的黑色水垢，黑色水垢呈現(xiàn)磁性特征，可以確定黑色水垢成分主要是磁性四氧化三鐵。

圖4某廠20噸蒸汽鍋爐爆管處切割下來的清除內(nèi)壁黑色水垢的爐管

清除爆管處爐管內(nèi)壁表面覆蓋著2-3mm厚的黑色水垢（見上圖4），您能看到爐管內(nèi)表面不規(guī)則的分布著很多大小不一，深淺不同小孔。您看見了那些小孔嗎？有沒有密集恐懼癥，太危險了！這是典型的長時間四氧化三鐵垢下腐蝕造成腐蝕坑（坑蝕或點蝕）。

圖5某廠新安裝的20噸蒸汽鍋爐爆管處切割下來的爐管外壁

從某廠新安裝的20噸蒸汽鍋爐爆管處切割下來的爐管外壁可以看到（見上圖5），雖然爆管爐管爆口形狀不規(guī)則，但是裂紋擴展方向以平行于管軸的縱向裂紋為主，破口邊緣呈鈍邊，斷面粗糙，邊緣無明顯減薄，外表面有析碳，這一點與脹粗的橫向變形有著明顯區(qū)別。短期過熱爆管可能呈現(xiàn)橫向裂紋或喇叭狀破口特征，而且爐管爆管處氧化皮較厚，這一點與短期磨損導(dǎo)致的爆管可能呈現(xiàn)裂紋或破口處壁厚減薄特征明顯不符，通過這2點可以進(jìn)一步支持是長期過熱導(dǎo)致管壁金屬在高溫下持續(xù)承受應(yīng)力，破口邊緣呈鈍邊，斷面粗糙，且爆口周圍伴有眾多平行于破口的縱向裂紋。

經(jīng)過進(jìn)一步對某廠實際工況調(diào)查，分析如下：

蒸汽冷凝水鐵離子超標(biāo)的原因。原來是因為某廠鍋爐補水使用除鹽水和蒸汽冷凝水，通常情況下蒸汽冷凝水比較純凈緩沖性差通常PH值低呈酸性，又因為鍋爐熱力除氧器除氧效率波動不可避免存在氧腐蝕，鍋爐蒸汽及冷凝水系統(tǒng)在低PH值酸性腐蝕和氧腐蝕協(xié)同作用，酸性腐蝕和氧腐蝕的最終產(chǎn)物就是蒸汽冷凝水中超標(biāo)的鐵離子。

鍋水顏色發(fā)黑的原因。不顯色的超標(biāo)的二價鐵離子隨蒸汽冷凝水直接進(jìn)入鍋爐，在鍋爐內(nèi)受熱進(jìn)一步氧化成顯色的三價鐵離子，隨著鍋水不斷蒸發(fā)濃縮，鍋水外觀顏色發(fā)黑就是鐵離子最終氧化成黑色磁性四氧化三鐵微粒，這就是鍋水顏色發(fā)黑的原因，

鍋爐爆管處切割下來的爐管內(nèi)壁覆蓋較厚的四氧化三鐵垢的原因。鍋水中黑色磁性四氧化三鐵微粒比重大，會沉積在鍋爐受熱面水流緩慢處邊角處形成四氧化三鐵垢。

爆管處切割下來的爐管覆蓋四氧化三鐵垢內(nèi)壁密集腐蝕小孔的原因。隨著時間延長四氧化三鐵垢沉積物下方發(fā)生鍋水局部環(huán)境濃縮，導(dǎo)致局部區(qū)域pH值異常引發(fā)的垢下腐蝕，垢下堿性腐蝕、酸性腐蝕、以及腐蝕性氣體均會造成垢下腐蝕坑即垢下腐蝕孔。

四氧化三鐵垢下腐蝕導(dǎo)致爆管的原因。四氧化三鐵垢傳熱速率低，是碳鋼三百分之一左右，隨著四氧化三鐵垢不斷加厚，水流氣流阻塞不暢，爐管長期受氧化鐵垢影響局部干燒過溫，爐管外表面有析碳，爐管管壁金屬在高溫下持續(xù)承受應(yīng)力，形成眾多平行于破口的縱向裂紋，隨著爐管管壁金屬強度不斷下降，縱向裂紋加長加深發(fā)展，最終導(dǎo)致爆管。

解決措施。根據(jù)某廠實際工況調(diào)查分析結(jié)果，使用北京化工大學(xué)研發(fā)的專利技術(shù)產(chǎn)品BF凝水除鐵緩蝕劑成膜法。在鍋爐給水中加入揮發(fā)性的堿性BF凝水除鐵緩蝕劑，藥劑在鍋爐及蒸汽與凝水在內(nèi)的全系統(tǒng)設(shè)備和管網(wǎng)覆上一層保護膜，BF凝水除鐵緩蝕劑形成的保護膜可以隔絕氧腐蝕和二氧化碳引起的弱酸性腐蝕，徹底截斷了鐵離子的來源，解決蒸汽冷凝水因腐蝕產(chǎn)生的鐵超標(biāo)問題，標(biāo)本兼治解決四氧化三鐵垢下腐蝕導(dǎo)致爆管的問題。

這是典型四氧化三鐵垢下腐蝕導(dǎo)致局部過溫干燒蠕漲，爐管局部強度下降導(dǎo)致某廠新安裝的20噸蒸汽鍋爐爆管案例。如果您對具體案例感興趣，顏工歡迎隨時交流溝通。

8、垢下腐蝕坑隨著時間延長垢不斷加大加深發(fā)生穿孔泄漏爆管案例

某工業(yè)區(qū)公司有一臺額定蒸發(fā)量35噸蒸汽鍋爐為企業(yè)生產(chǎn)提供熱源蒸汽，鍋爐給水為反滲透除鹽水，使用氫氧化鈉提高鍋水堿度防腐，新鍋爐運行一段時間后，鍋水顏色外觀發(fā)紅，鍋爐運行17個月后，鍋爐爐管發(fā)生穿孔泄漏爆管。

圖6附著在鍋爐對流管束的三氧化二鐵垢

從某工業(yè)區(qū)公司35噸蒸汽鍋爐對流管束爆管處切割爐管內(nèi)壁表面可以看到，爆管處爐管內(nèi)壁表面覆蓋著一塊40-50mm厚的褐紅色三氧化二鐵水垢（見上圖6）。

圖7鍋爐對流管束的腐蝕坑

鍋爐對流管束內(nèi)壁表面覆蓋著2-3mm的腐蝕坑后（見上圖7），您能看到對流管內(nèi)表面不規(guī)則腐蝕坑。這是典型的長時間三氧化二鐵垢下腐蝕造成腐蝕坑。

圖8鍋爐對流管束的腐蝕坑穿孔泄漏，看到了那個穿孔嗎？

從某工業(yè)區(qū)公司35噸蒸汽鍋爐對流管束穿孔處切割爐管內(nèi)壁表面可以看到，穿孔處對流管內(nèi)壁表面有一個7-9mm褐紅色三氧化二鐵垢脫落后的光滑圓形坑（見上圖8），光滑圓形坑底有一個1.5-2mm的穿孔，你看到了嗎。這是典型三氧化二鐵垢下持續(xù)腐蝕導(dǎo)致鍋爐對流管最終穿孔泄漏爆管案例。

三、鍋爐縫隙腐蝕與應(yīng)力腐蝕

如果您對鍋爐煙氣露點腐蝕、垢下腐蝕、縫隙腐蝕與應(yīng)力腐蝕也感興趣，歡迎留下您關(guān)注、觀點或者評論，顏工歡迎隨時交流溝通！關(guān)于鍋爐縫隙腐蝕與應(yīng)力腐蝕的機理，鍋爐縫隙腐蝕與應(yīng)力腐蝕主要特征和區(qū)別，鍋爐縫隙腐蝕與應(yīng)力腐蝕主要危害及控制措施，鍋爐縫隙腐蝕與應(yīng)力腐蝕案例，本期內(nèi)容多，下次再講。

鍋爐露點腐蝕、垢下腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕的機理和區(qū)別及控制措施（顏輝）